RU2531097C1 - Method of determining static and oscillatory aerodynamic derivatives of models of aircrafts and device for its implementation - Google Patents

Method of determining static and oscillatory aerodynamic derivatives of models of aircrafts and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2531097C1
RU2531097C1 RU2013119644/28A RU2013119644A RU2531097C1 RU 2531097 C1 RU2531097 C1 RU 2531097C1 RU 2013119644/28 A RU2013119644/28 A RU 2013119644/28A RU 2013119644 A RU2013119644 A RU 2013119644A RU 2531097 C1 RU2531097 C1 RU 2531097C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
holder
model
angle
frame
aerodynamic
Prior art date
Application number
RU2013119644/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Николаевич Жук
Константин Анатольевич Колинько
Александр Николаевич Храбров
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority to RU2013119644/28A priority Critical patent/RU2531097C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2531097C1 publication Critical patent/RU2531097C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

FIELD: aviation.
SUBSTANCE: testing is carried out both in the flow and without flow in the aerodynamic tunnel, the model by strain-gage weighers and holders are mounted in the movable support device, the model is oscillated with a fixed frequency and small amplitude alternatively about axes Ox, Oy and Oz. Then the load acting on the model is measured in time, and its angular position, the inertia and weight loads are subtracted, in the process of testing the model together with the holder and the strain-gage weighers are turned by fixed angles of heel, the experimental results with fluctuations relative to the axes Oy and Oz are treated together. The device comprises a turning table in the working part of the aerodynamic tunnel, the stand on the turning table, the movable L-shaped frame, the holder of the model with strain-gage weighers, mounted in the bearing assembly of the frame, the connected by rods with the frame and the holders, the sensors of the frame rotation angle and the holders. The holder is made with the ability of remotely controlled unit at a predetermined angle of heel using the mechanism consisting of a housing mounted on the bearing assembly of the frame coaxially to the holder by means of bearings, the electric gear motor, the output shaft with elastic drive-pinion connected to the free end of the holder, the pneumatic brake of the disc, the additional sensor of the mounting angle of the holder in roll, which is spaced from the axis of the holder and is connected to the drive-pinion, outside the housing is provided with a lever-clip for fixing mechanism relative to the frame and for connection by the rod with the drive.
EFFECT: increasing the capabilities of determining static and oscillatory aerodynamic derivatives of aircraft models in the aerodynamic tunnel in the presence of slip angle in the whole range of angles of attack.
2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики летательных аппаратов.The invention relates to the field of experimental aerodynamics of aircraft.

Важность определения статических и нестационарных аэродинамических производных летательных аппаратов в широком диапазоне углов атаки и скольжения обусловлена, прежде всего, необходимостью обеспечения безопасности эксплуатации самолета, в частности предотвращением возникновения сваливания самолета и попадания его в штопор. По мировой статистике, более половины аварий и катастроф происходит именно по этой причине (Авиация общего назначения. Рекомендации для конструкторов. Под ред. д.т.н. проф. В.Г. Микеладзе, М., ЦАГИ, 2001, с.213).The importance of determining static and unsteady aerodynamic derivatives of aircraft in a wide range of angles of attack and slip is due, first of all, to the need to ensure the safe operation of the aircraft, in particular to prevent the aircraft from stalling and falling into a tailspin. According to world statistics, more than half of accidents and disasters occur precisely for this reason (General aviation. Recommendations for designers. Edited by Prof. V.G. Mikeladze, M., TsAGI, 2001, p.213 )

Из существующего уровня техники известен способ определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов в аэродинамической трубе методом вынужденных колебаний, при котором модель посредством тензовесов и державки устанавливают в подвижное поддерживающее устройство, модель колеблют с фиксированной частотой и малой амплитудой поочередно относительно связанных осей Ox, Oy и Oz, измеряют во времени действующие на модель аэродинамические нагрузки и ее угловое положение (Г.С. Бюшгенс, Р.В. Студнев, Аэродинамика самолета. Динамика продольного и бокового движения. М., Машиностроение, 1979, с.32-34). Недостатком данного способа является невозможность определения продольных статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов и характеристик рыскания при углах скольжения, не равных нулю, в случае, если угол атаки модели не равен нулю, а также характеристик крена при углах скольжения, не равных нулю, во всем диапазоне углов атаки модели.From the existing level of technology there is a known method for determining static and non-stationary aerodynamic derivatives of aircraft models in a wind tunnel by the forced-oscillation method, in which the model is installed in a movable support device using tensile weights and holders, the model is oscillated with a fixed frequency and small amplitude alternately relative to the connected axes Ox, Oy and Oz, measure in time the aerodynamic loads acting on the model and its angular position (G.S.Bushgens, R.V. Studnev , Aerodynamics of an airplane. Dynamics of longitudinal and lateral movement. M., Mechanical Engineering, 1979, p. 32-34). The disadvantage of this method is the inability to determine longitudinal static and unsteady aerodynamic derivative models of aircraft and yaw characteristics at non-zero sliding angles if the model’s angle of attack is not zero, as well as roll characteristics at non-zero sliding angles the entire range of angles of attack of the model.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов, при котором испытания проводят как в потоке, так и без потока в аэродинамической трубе, модель посредством тензовесов и державки устанавливают в подвижное поддерживающее устройство, модель колеблют с фиксированной частотой и малой амплитудой поочередно относительно осей Ox, Oy и Oz, измеряют во времени действующие на модель нагрузки и ее угловое положение, производят вычитание инерционных и весовых нагрузок, а затем производят вычисления статических и комплексов нестационарных и вращательных аэродинамических производных (Экспериментальные исследования и математическое моделирование нестационарных аэродинамических характеристик моделей самолетов. Труды ЦАГИ - сборник статей. М., 2010 г., выпуск 2689, с.5-6). Недостатком указанного способа является то, что он также не позволяет определить статические и нестационарные аэродинамические производные моделей летательных аппаратов при углах скольжения, отличных от нуля.Closest to the claimed technical solution is a method for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft, in which tests are carried out both in a stream and without a stream in a wind tunnel, the model is installed in a movable support device using tensile weights and the holder, the model is oscillated with a fixed frequency and with small amplitude alternately relative to the axes Ox, Oy and Oz, the loads acting on the model and its angular position are measured in time, produced in reading inertial and weight loads, and then calculating static and complexes of non-stationary and rotational aerodynamic derivatives (Experimental studies and mathematical modeling of non-stationary aerodynamic characteristics of aircraft models. TsAGI proceedings - collection of articles. M., 2010, issue 2689, p.5- 6). The disadvantage of this method is that it also does not allow to determine static and non-stationary aerodynamic derivatives of aircraft models at non-zero gliding angles.

Из существующего уровня техники также известно устройство для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов, содержащее поворотный круг в рабочей части аэродинамической трубы, стойку на поворотном круге, державку модели с тензовесами, смонтированную в подшипниковом узле стойки, привод, связанный тягой с державкой, датчик угла поворота державки (Г.С. Бюшгенс, Р.В. Студнев, Аэродинамика самолета. Динамика продольного и бокового движения. М., Машиностроение, 1979, с.32-34). Недостатком описанного устройства является невозможность проведения испытаний при колебаниях модели в продольном канале и по рысканию при углах скольжения, не равных нулю, в случае, если угол атаки модели не равен нулю, а также отсутствие возможности проведения испытаний при углах скольжения, не равных нулю, во всем диапазоне углов атаки модели при ее колебаниях по крену.A prior art device is also known for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft, comprising a turntable in the working part of the wind tunnel, a stand on the turntable, a model holder with tensile weights mounted in the bearing assembly of the rack, a drive coupled by a rod to the holder, holder rotation angle sensor (G. S. Byushgens, R. V. Studnev, Aerodynamics of an airplane. Dynamics of longitudinal and lateral movement. M., Mechanical Engineering, 1979, p. 32-34). The disadvantage of the described device is the impossibility of testing when the model oscillates in the longitudinal channel and yaw at sliding angles not equal to zero, if the angle of attack of the model is not equal to zero, as well as the inability to test at sliding angles not equal to zero, in the entire range of angles of attack of the model with its oscillations along the roll.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов, содержащее поворотный круг в рабочей части аэродинамической трубы, стойку на поворотном круге, подвижную Г-образную раму, державку модели с тензовесами, смонтированную в подшипниковом узле рамы, привод, связанный тягами с рамой и державкой, датчики угла поворота рамы и державки (Экспериментальные исследования и математическое моделирование нестационарных аэродинамических характеристик моделей самолетов. Труды ЦАГИ - сборник статей. М., 2010 г., выпуск 2689, с.5-6). Недостатком этого устройства является то, что оно также не позволяет проводить испытания по определению статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов при углах скольжения, отличных от нуля.Closest to the claimed technical solution is a device for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft, comprising a turntable in the working part of the wind tunnel, a stand on the turntable, a movable L-shaped frame, a model holder with tensile weights mounted in the bearing assembly of the frame, drive connected by rods to the frame and holder, angle sensors of rotation of the frame and holder (Experimental studies and mathematical modeling of unsteady rodinamicheskih characteristics of aircraft models, Trudy TsAGI -. a collection of articles, Moscow, 2010, edition of 2689, s.5-6).. The disadvantage of this device is that it also does not allow testing to determine the static and non-stationary aerodynamic derivatives of aircraft models at non-zero gliding angles.

Задачей и техническим результатом изобретения является создание способа и устройства для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов при наличии угла скольжения во всем диапазоне углов атаки, что увеличивает безопасность эксплуатации самолета, в частности, позволяет предотвратить возникновение сваливания самолета и попадание его в штопор.The objective and technical result of the invention is the creation of a method and device for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft in the presence of a sliding angle in the entire range of angles of attack, which increases the safety of operation of the aircraft, in particular, prevents the occurrence of stalling of the aircraft and falling into a tailspin.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в способе определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов, заключающемся в том, что испытания проводят как в потоке, так и без потока в аэродинамической трубе, модель посредством тензовесов и державки устанавливают в подвижное поддерживающее устройство, модель колеблют с фиксированной частотой и малой амплитудой поочередно относительно осей Ox, Oy и Oz, измеряют во времени действующие на модель нагрузки и ее угловое положение, производят вычитание инерционных и весовых нагрузок, в процессе испытаний модель вместе с державкой и тензовесами поворачивают на фиксированные углы крена, результаты эксперимента при колебаниях относительно осей Oy и Oz обрабатывают совместно, при этом значения статических и нестационарных аэродинамических производных определяют по формуламThe solution of the problem and the technical result are achieved by the fact that in the method for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft, which consists in the fact that the tests are carried out both in a stream and without a stream in a wind tunnel, the model is installed in a movable support by means of tensors and a holder the device, the model is oscillated with a fixed frequency and small amplitude alternately with respect to the axes Ox, Oy and Oz, the loads acting on the model and its angles are measured in time position, subtract the inertial and weight loads, during the test, the model, together with the holder and the tensile weights, are rotated to fixed roll angles, the experimental results are processed together with vibrations relative to the Oy and Oz axes, and the values of static and unsteady aerodynamic derivatives are determined by the formulas

C α = C 1 ω z cos γ C 1 ω y sin γ

Figure 00000001
, C α = C one ω z cos γ - C one ω y sin γ
Figure 00000001
,

C β = C 1 ω z sin s γ C 1 ω y cos γ

Figure 00000002
, C β = C one ω z sin s γ - C one ω y cos γ
Figure 00000002
,

C ω ¯ y + C α ˙ ¯ = C 2 ω z cos γ l 2 b a C 2 ω y sin γ ,

Figure 00000003
C ω ¯ y + C α ˙ ¯ = C 2 ω z cos γ - l 2 b a C 2 ω y sin γ ,
Figure 00000003

C ω ¯ y + C β ˙ ¯ cos α + C α ˙ ¯ 2 b a l sin α t g β = 2 b a l C 2 ω z sin γ + C 2 ω y cos γ

Figure 00000004
, C ω ¯ y + C β ˙ ¯ cos α + C α ˙ ¯ 2 b a l sin α t g β = 2 b a l C 2 ω z sin γ + C 2 ω y cos γ
Figure 00000004
,

где C=Cy, Cx, mx, my или mz, Cα - статическая производная аэродинамического коэффициента от угла атаки, Cβ - статическая производная аэродинамического коэффициента от угла скольжения, C ω ¯ y + C α ˙ ¯

Figure 00000005
- комплекс продольных вращательной и нестационарной аэродинамических производных; C ω ¯ y + C β ˙ ¯ cos α + C α ˙ ¯ 2 b a l sin α t g β
Figure 00000006
- комплекс боковых вращательной и нестационарных аэродинамических производных, γ - угол поворота державки по крену, C 1 ω z
Figure 00000007
- составляющая сигнала в фазе с углом колебаний модели при колебаниях относительно оси Oz, C 1 ω y
Figure 00000008
- составляющая сигнала в фазе с углом колебаний модели при колебаниях относительно оси Oy, C 2 ω z
Figure 00000009
- составляющая сигнала в фазе с угловой скоростью колебаний модели при колебаниях относительно оси Oz, C 2 ω y
Figure 00000010
- составляющая сигнала в фазе с угловой скоростью колебаний модели при колебаниях относительно оси Oy, l - размах крыла модели, ba - САХ модели.where C = Cy, Cx, mx, my or mz, Cα is the static derivative of the aerodynamic coefficient from the angle of attack, Cβ - the static derivative of the aerodynamic coefficient from the slip angle, C ω ¯ y + C α ˙ ¯
Figure 00000005
 - a complex of longitudinal rotational and non-stationary aerodynamic derivatives; C ω ¯ y + C β ˙ ¯ cos α + C α ˙ ¯ 2 b a l sin α t g β
Figure 00000006
 - a complex of lateral rotational and non-stationary aerodynamic derivatives, γ is the angle of rotation of the holder along the roll, C one ω z
Figure 00000007
 - the component of the signal in phase with the angle of oscillation of the model during oscillations relative to the axis Oz, C one ω y
Figure 00000008
 - the component of the signal in phase with the angle of oscillation of the model during oscillations about the axis Oy, C 2 ω z
Figure 00000009
 - the signal component in phase with the angular velocity of oscillations of the model during oscillations about the axis Oz, C 2 ω y
Figure 00000010
 is the signal component in phase with the angular velocity of oscillations of the model with oscillations about the Oy axis, l is the wingspan of the modela - SAH model.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются также тем, что в устройство для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов, содержащее поворотный круг в рабочей части аэродинамической трубы, стойку на поворотном круге, подвижную Г-образную раму, державку модели с тензовесами, смонтированную в подшипниковом узле рамы, привод, связанный тягами с рамой и державкой, датчики угла поворота рамы и державки, введен механизм дистанционной установки державки, состоящий из корпуса, установленного на подшипниковом узле рамы посредством подшипников, электрического мотор-редуктора и выходного вала с упругим диском-шестерней, установленных соосно державке и соединенных с ее свободным концом, пневмотормоза диска, установленного в корпусе и охватывающего упругий диск-шестерню, дополнительного датчика угла установки державки по крену, который вынесен от оси державки и связан с диском-шестерней, рычага-зажима, установленного на наружной поверхности корпуса механизма с возможностью фиксации корпуса относительно рамы и соединения тягой с приводом.The solution of the problem and the technical result are also achieved by the fact that in the device for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft, containing a turntable in the working part of the wind tunnel, a stand on the turntable, a movable L-shaped frame, a model holder with tensile weights mounted in the bearing unit of the frame, the drive connected by rods to the frame and holder, the angle sensors of rotation of the frame and holder, introduced the mechanism for remote installation of the holder, consisting of a housing mounted on the bearing assembly of the frame by means of bearings, an electric motor gearbox and an output shaft with an elastic gear disk mounted coaxially to the holder and connected to its free end, a pneumatic brake of the disc mounted in the housing and covering the elastic gear disk, an additional installation angle sensor the holder along the roll, which is extended from the axis of the holder and connected with the gear wheel, the clamp lever mounted on the outer surface of the mechanism body with the possibility of fixing the relative body but the frame and connecting rod drive.

Сущность предложенных способа и устройства для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов поясняется на фиг.1-6, на которых представлены:The essence of the proposed method and device for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft is illustrated in figures 1-6, which show:

на фиг.1 - схема проведения испытаний для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов при колебаниях относительно различных связанных осей;figure 1 - diagram of the tests to determine the static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft with oscillations relative to various associated axes;

на фиг.2 - схема заявляемого устройства для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов;figure 2 - diagram of the inventive device for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft;

на фиг.3 - схема механизма для дистанционной установки державки под заданным углом крена;figure 3 is a diagram of a mechanism for remote installation of the holder at a given angle of heel;

на фиг.4 - график зависимостей углов атаки α и скольжения β от угла поворота круга в рабочей части аэродинамической трубы θ и угла крена державки γ;figure 4 is a graph of the dependence of the angles of attack α and slip β from the angle of rotation of the circle in the working part of the wind tunnel θ and the angle of heel of the holder γ;

на фиг.5, 6, 7 - графики зависимостей статических и нестационарных аэродинамических производных модели треугольного крыла от угла атаки для различных значений угла скольжения.5, 6, 7 are graphs of the dependences of the static and non-stationary aerodynamic derivatives of the model of a triangular wing on the angle of attack for various values of the angle of slip.

Перечень используемых позиций в описании изобретения.The list of used items in the description of the invention.

1. Поворотный круг в рабочей части аэродинамической трубы.1. The turntable in the working part of the wind tunnel.

2. Подвижная Г-образная рама.2. Movable L-shaped frame.

3. Стойка.3. The stand.

4. Тяга.4. Thrust.

5. Привод.5. The drive.

6. Державка.6. The holder.

7. Тензовесы.7. Tennis weights.

8. Механизм дистанционной установки державки.8. The mechanism for remote installation of the holder.

9. Модель летательного аппарата.9. Aircraft model.

10. Датчик угла поворота рамы.10. The sensor angle of rotation of the frame.

11. Подшипниковый узел рамы.11. The bearing assembly of the frame.

12. Выходной вал.12. The output shaft.

13. Электрический мотор-редуктор.13. Electric gear motor.

14. Упругий диск-шестерня.14. Elastic gear wheel.

15. Датчик угла установки державки по крену.15. Roll angle sensor.

16. Корпус.16. Case.

17. Пневмотормоз диска.17. Pneumatic brake disc.

18. Подшипник.18. Bearing.

19. Рычаг-зажим.19. Lever-clamp.

20. Датчик угла поворота державки.20. Sensor angle of rotation of the holder.

Способ определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов заключается в том, что испытания проводят как в потоке, так и без потока в аэродинамической трубе, модель посредством тензовесов и державки устанавливают в подвижное поддерживающее устройство, модель колеблют с фиксированной частотой и малой амплитудой поочередно относительно осей Ox, Oy и Oz, измеряют во времени действующие на модель нагрузки и ее угловое положение, производят вычитание инерционных и весовых нагрузок. Для этого устройство последовательно собирают в конфигурации для проведения исследований производных модели при ее колебаниях относительно одной из связанных осей (фиг.1). Модель летательного аппарата 9 устанавливают в подвижное поддерживающее устройство - державку 8 с тензовесами 7 (фиг.2). При помощи механизма дистанционной установки державки 8 модель поворачивают на фиксированный угол крена γi, при помощи поворотного круга в рабочей части аэродинамической трубы 1 модель 9 устанавливают под углом θi к оси потока аэродинамической трубы (фиг.2). Привод 5 настраивают на нужные величины амплитуды А и круговой частоты ω и колеблют подвижную Г-образную раму 2 по гармоническому законуThe method for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft consists in the fact that tests are carried out both in a stream and without a stream in a wind tunnel, the model is installed in a movable support device by means of tens weights and a holder, the model is oscillated with a fixed frequency and low amplitude alternately relative to axes Ox, Oy and Oz, measure the loads acting on the model and its angular position in time, subtract the inertial and weight loads. To do this, the device is sequentially assembled in a configuration for conducting studies of derivatives of a model when it fluctuates with respect to one of the associated axes (Fig. 1). A model of the aircraft 9 is installed in a movable supporting device - holder 8 with tenzovy 7 (Fig.2). Using the mechanism for remote installation of the holder 8, the model is rotated by a fixed roll angle γ i , using a turntable in the working part of the wind tunnel 1, model 9 is set at an angle θ i to the flow axis of the wind tunnel (Fig. 2). Drive 5 is adjusted to the desired values of amplitude A and circular frequency ω and oscillate the movable L-shaped frame 2 according to the harmonic law

Δ θ ( t ) = A sin ω t . ( 1 )

Figure 00000011
Δ θ ( t ) = A sin ω t . ( one )
Figure 00000011

Величина амплитуды колебаний является малой и равна 2÷3°. Без потока в аэродинамической трубе в течение шестнадцати периодов колебаний производят измерение тензовесами 7 и запись пяти компонент нагрузок, действующих на модель Y, Z, Mx, My, Mz, а также показаний датчиков угла поворота державки 20 и рамы 10. Исследования проводят для нескольких значений углов θi. Определяют значение инерционных и весовых нагрузок. Затем включают поток в аэродинамической трубе и указанные операции повторяют. Из нагрузок, полученных в потоке, вычитают инерционные и весовые нагрузки. Затем получают зависимости статических и нестационарных аэродинамических производных модели с использованием алгоритма, описанного ниже.The magnitude of the amplitude of the oscillations is small and equal to 2 ÷ 3 °. Without flow in the wind tunnel for sixteen periods of vibration, a tensor 7 is measured and five components of the loads acting on the model Y, Z, M x , M y , M z are recorded, as well as the readings of the angle sensors of the holder 20 and the frame 10. Studies are carried out for several angles θ i . The value of inertial and weight loads is determined. Then turn on the flow in the wind tunnel and these operations are repeated. Inertial and weight loads are subtracted from the loads received in the stream. Then, the dependences of the static and non-stationary aerodynamic derivatives of the model are obtained using the algorithm described below.

Для проведения испытаний при заданных средних значениях угла атаки αi и скольжения βi модель необходимо устанавливать под соответствующими углами γi и θi. Связь между величинами указанных углов описывается системой уравненийTo conduct tests at given average values of the angle of attack α i and slip β i, the model must be installed at the corresponding angles γ i and θ i . The relationship between the values of these angles is described by a system of equations

t g α = t g θ cos γ sin β = sin θ sin γ ( 2 )

Figure 00000012
t g α = t g θ cos γ sin β = sin θ sin γ ( 2 )
Figure 00000012

При решении этой системы уравнений получают требуемые значения углов поворота круга θi и державки γi для заданных значений углов атаки и скольжения по следующим формуламWhen solving this system of equations, the required values of the rotation angles of the circle θ i and the holder γ i are obtained for the given values of the angle of attack and slip according to the following formulas

cos 2 θ = cos 2 α + cos 2 β ( 3 ) sin 2 γ = 1 cos 2 β 1 cos 2 α cos 2 β

Figure 00000013
cos 2 θ = cos 2 α + cos 2 β ( 3 ) sin 2 γ = one - cos 2 β one - cos 2 α cos 2 β
Figure 00000013

Графически приведенные зависимости представлены на фиг.4. При проведении исследований необходимые значения углов θ и γ по заданным углам α и β рассчитывают в реальном времени на компьютере.Graphically shown dependencies are presented in figure 4. When conducting research, the necessary values of the angles θ and γ at the given angles α and β are calculated in real time on a computer.

При повороте модели с тензовесами по крену при колебаниях по тангажу и рысканию угловая скорость вращения модели имеет проекцию одновременно на две оси связанной системы координат модели - ωz и ωy (фиг.2). В связи с этим, результаты эксперимента при колебаниях относительно осей Oy и Oz обрабатывают совместно - только одновременная обработка результатов колебаний по тангажу и рысканию с последующим решением соответствующей линейной системы уравнений позволяет получить требуемые зависимости статических и нестационарных аэродинамических производных модели.When you rotate the model with tensile weights on the roll when fluctuating in pitch and yaw, the angular velocity of rotation of the model has a projection simultaneously on two axes of the associated coordinate system of the model - ω z and ω y (Fig. 2). In this regard, the experimental results for oscillations about the Oy and Oz axes are processed together - only the simultaneous processing of the oscillation results in pitch and yaw with the subsequent solution of the corresponding linear system of equations allows us to obtain the required dependences of the static and non-stationary aerodynamic derivatives of the model.

Рассмотрим малые колебания модели по тангажу. Пусть угол поворота рамы установки изменяется по законуConsider the small pitch fluctuations of the model. Let the angle of rotation of the installation frame change according to the law

Δ θ = sin ω t , ( 4 )

Figure 00000014
Δ θ = sin ω t , ( four )
Figure 00000014

Где ∈0<<1 - амплитуда колебаний, ω=2πf - частота. Тогда малые изменения углов атаки и скольжения модели относительно средних значений можно представить формуламиWhere ∈ 0 << 1 is the oscillation amplitude, ω = 2πf is the frequency. Then small changes in the angles of attack and glide of the model relative to average values can be represented by the formulas

Δ α ( t ) = Δ θ ( t ) cos γ , Δ β ( t ) = Δ θ ( t ) sin γ . ( 5 )

Figure 00000015
Δ α ( t ) = Δ θ ( t ) cos γ , Δ β ( t ) = Δ θ ( t ) sin γ . ( 5 )
Figure 00000015

Компоненты угловой скорости движения модели можно выразить следующим образом:The components of the angular velocity of the model can be expressed as follows:

ω y = Ω ( t ) sin γ ω z = Ω ( t ) cos γ , ( 6 )

Figure 00000016
ω y = Ω ( t ) sin γ ω z = Ω ( t ) cos γ , ( 6 )
Figure 00000016

где Ω = Δ θ = 0 ω cos ω t

Figure 00000017
.Where Ω = Δ θ = 0 ω cos ω t
Figure 00000017
.

Следовательно, при наличии поворота модели по углу крена при колебаниях по тангажу в связанной системе координат возникают угловые скорости вращения модели ωy и ωz, в отличие от случая γ=0, когда ωy=0.Consequently, in the presence of a rotation of the model along the roll angle during fluctuations in pitch in the associated coordinate system, angular rotational velocities of the model ω y and ω z arise, in contrast to the case γ = 0, when ω y = 0.

Выражения для производных по времени углов атаки и скольжения можно найти с помощью кинематических соотношений:Expressions for the time derivatives of the angles of attack and slip can be found using the kinematic relations:

α ˙ = ω z ( ω x cos α ω y sin α ) t g β , β ˙ = ω x sin α + ω y cos α . ( 7 )

Figure 00000018
α ˙ = ω z - ( ω x cos α - ω y sin α ) t g β , β ˙ = ω x sin α + ω y cos α . ( 7 )
Figure 00000018

С учетом (6), можно получитьGiven (6), we can obtain

α ˙ = Ω ( t ) ( cos γ + sin γ sin α t g β ) , β ˙ = Ω ( t ) sin γ cos α . ( 8 )

Figure 00000019
α ˙ = Ω ( t ) ( cos γ + sin γ sin α t g β ) , β ˙ = Ω ( t ) sin γ cos α . ( 8 )
Figure 00000019

Следовательно, в линейном приближении, с учетом (5), (6) и (8), при колебаниях по тангажу аэродинамические коэффициенты можно представить в следующем видеTherefore, in the linear approximation, taking into account (5), (6) and (8), when fluctuating in pitch, the aerodynamic coefficients can be represented as follows

C = C 0 + C α Δ θ cos γ + C β Δ θ sin γ + C α ˙ ¯ b a V Ω ( sin α t g β sin γ + cos γ ) + + C β ˙ ¯ l 2 V Ω sin γ cos α + C ω ¯ y l 2 V Ω sin γ + C ω ¯ z b a V Ω cos γ = = C 0 ( C α cos γ + C β sin γ ) Δ θ + [ ( C ω ¯ z + C α ˙ ¯ ) ] b a V cos γ + ( C ω ¯ y + C β ˙ ¯ cos α + C α ˙ ¯ 2 b a l sin α t g β ) l 2 V sin γ ] Ω ,

Figure 00000020
C = C 0 + C α Δ θ cos γ + C β Δ θ sin γ + C α ˙ ¯ b a V Ω ( sin α t g β sin γ + cos γ ) + + C β ˙ ¯ l 2 V Ω sin γ cos α + C ω ¯ y l 2 V Ω sin γ + C ω ¯ z b a V Ω cos γ = = C 0 ( C α cos γ + C β sin γ ) Δ θ + [ ( C ω ¯ z + C α ˙ ¯ ) ] b a V cos γ + ( C ω ¯ y + C β ˙ ¯ cos α + C α ˙ ¯ 2 b a l sin α t g β ) l 2 V sin γ ] Ω ,
Figure 00000020

где C=Cy, Cz, mx, my или mz.where C = C y , C z , m x , m y or m z .

Таким образом, каждый канал тензовесов при малых колебаниях по тангажу воспринимает некоторое среднее значение C0 и сигналы в фазе с опорным сигналом Δθ(t) и в фазе с сигналом Ω(t)=Δθ(t). Составляющая сигнала в фазе с опорным сигналом пропорциональнаThus, each channel of tensile weights with small pitch oscillations perceives a certain average value of C 0 and signals in phase with a reference signal Δθ (t) and in phase with a signal Ω (t) = Δθ (t). The component of the signal in phase with the reference signal is proportional

C 1 ω z = C α cos γ + C β sin γ . ( 9 )

Figure 00000021
C one ω z = C α cos γ + C β sin γ . ( 9 )
Figure 00000021

Составляющая сигнала в фазе с угловой скоростью (опережение по фазе на π/2 выражается следующим образомThe component of the signal in phase with angular velocity (phase advance by π / 2 is expressed as follows

C 2 ω z = ( C ω ¯ z + C α ˙ ¯ ) b a V cos γ + ( C ω ¯ y + C β ˙ ¯ cos α + C α ˙ ¯ 2 b a l sin α t g β ) l 2 V sin γ . ( 10 )

Figure 00000022
C 2 ω z = ( C ω ¯ z + C α ˙ ¯ ) b a V cos γ + ( C ω ¯ y + C β ˙ ¯ cos α + C α ˙ ¯ 2 b a l sin α t g β ) l 2 V sin γ . ( 10 )
Figure 00000022

Таким образом, при γ

Figure 00000023
0 в результате эксперимента при вынужденных колебаниях по тангажу могут быть выделены сложные комплексы производных, описываемые выражениями (9) и (10).Thus, for γ
Figure 00000023
0 as a result of an experiment with forced pitch oscillations, complex complexes of derivatives described by expressions (9) and (10) can be distinguished.

Проанализируем теперь кинематику модели при колебаниях по рысканию. В этом случае рама установки повернута так, что бы ее колебания изменяли угол рыскания модели. При этом ее малые колебания (4) приводят к следующим изменениям мгновенных значений углов атаки и скольжения относительно средних значений, определяемых выражением (2)Let us now analyze the kinematics of the model with yaw fluctuations. In this case, the installation frame is rotated so that its vibrations change the yaw angle of the model. Moreover, its small fluctuations (4) lead to the following changes in the instantaneous values of the angles of attack and slip relative to the average values determined by the expression (2)

Δ α ( t ) = Δ θ ( t ) sin γ , Δ β ( t ) = Δ θ ( t ) cos γ . ( 11 )

Figure 00000024
Δ α ( t ) = - Δ θ ( t ) sin γ , Δ β ( t ) = Δ θ ( t ) cos γ . ( eleven )
Figure 00000024

Компоненты угловой скорости имеют следующий видThe angular velocity components are as follows

ω y = Ω ( t ) cos γ ω z = Ω ( t ) sin γ ( 12 )

Figure 00000025
ω y = Ω ( t ) cos γ ω z = - Ω ( t ) sin γ ( 12 )
Figure 00000025

Выражения для производных от углов атаки и скольжения в случае колебаний по рысканию определяются из вышеприведенных формул (12) с учетом кинематических соотношений (7):The expressions for the derivatives of the angles of attack and slip in the case of yaw oscillations are determined from the above formulas (12) taking into account the kinematic relations (7):

α ˙ = Ω ( t ) ( sin γ + cos γ sin α t g β ) , β ˙ = Ω ( t ) cos γ cos α . ( 13 )

Figure 00000026
α ˙ = Ω ( t ) ( - sin γ + cos γ sin α t g β ) , β ˙ = Ω ( t ) cos γ cos α . ( 13 )
Figure 00000026

В линейном приближении коэффициенты сил и моментов, действующих на модель при колебаниях по рысканию, с учетом (11), (12) и (13) можно представить в виде:In the linear approximation, the coefficients of forces and moments acting on the model during yawing vibrations, taking into account (11), (12) and (13), can be represented as:

C = C 0 ( C α sin γ + C β cos γ ) Δ θ + [ ( C ω ¯ z + C α ˙ ¯ ) ] b a V sin γ + ( C ω ¯ y + C β ˙ ¯ cos α + C α ˙ ¯ 2 b a l sin α t g β ) l 2 V cos γ ] Ω .

Figure 00000027
C = C 0 ( - C α sin γ + C β cos γ ) Δ θ + [ - ( C ω ¯ z + C α ˙ ¯ ) ] b a V sin γ + ( C ω ¯ y + C β ˙ ¯ cos α + C α ˙ ¯ 2 b a l sin α t g β ) l 2 V cos γ ] Ω .
Figure 00000027

Таким образом, по аналогии со случаем колебаний по тангажу, при малых колебаниях по рысканию каждый канал тензовесов также воспринимает некоторое среднее значение C0 и сигналы в фазе с опорным сигналом Δθ(t) и в фазе с сигналом Ω(t)=Δθ(t):Thus, by analogy with the case of pitch oscillations, for small fluctuations in yaw, each channel of the tensile weights also perceives a certain average value of C 0 and signals in phase with a reference signal Δθ (t) and in phase with a signal Ω (t) = Δθ (t ):

C 1 ω y = C α sin γ + C β cos γ . ( 14 )

Figure 00000028
C one ω y = - C α sin γ + C β cos γ . ( fourteen )
Figure 00000028

С учетом выражений (9) и (14,) решая систему уравнений для нахождения производных Cα и Cβ, получимTaking into account expressions (9) and (14,), solving the system of equations for finding the derivatives C α and C β , we obtain

C 2 ω y = ( C ω ¯ z + C α ˙ ¯ ) b a V sin γ + ( C ω ¯ y + C β ˙ ¯ cos α + C α ˙ ¯ 2 b a l sin α t g β ) l 2 V sin γ , ( 15 )

Figure 00000029
C 2 ω y = - ( C ω ¯ z + C α ˙ ¯ ) b a V sin γ + ( C ω ¯ y + C β ˙ ¯ cos α + C α ˙ ¯ 2 b a l sin α t g β ) l 2 V sin γ , ( fifteen )
Figure 00000029

где Cα - статическая производная аэродинамического коэффициента от угла атаки, Cβ - статическая производная аэродинамического коэффициента от угла скольжения, C 1 ω z

Figure 00000030
- составляющая сигнала в фазе с углом колебаний модели при колебаниях относительно оси Oz, C 1 ω y
Figure 00000031
- составляющая сигнала в фазе с углом колебаний модели при колебаниях относительно оси Oy. Коэффициент C 1 ω z
Figure 00000032
получен методом линейной регрессии при колебаниях модели по тангажу для заданных средних значений углов атаки и скольжения, а коэффициент C 1 ω y
Figure 00000033
- при колебаниях по рысканию.where C α is the static derivative of the aerodynamic coefficient of the angle of attack, C β is the static derivative of the aerodynamic coefficient of the angle of slip, C one ω z
Figure 00000030
- the component of the signal in phase with the angle of oscillation of the model during oscillations relative to the axis Oz, C one ω y
Figure 00000031
- the signal component in phase with the angle of oscillation of the model during oscillations about the axis Oy. Coefficient C one ω z
Figure 00000032
obtained by linear regression when the model fluctuates in pitch for a given average values of the angle of attack and slip, and the coefficient C one ω y
Figure 00000033
- with fluctuations in yaw.

Аналогично, с учетом выражений (10) и (15), можно найти комплексы производныхSimilarly, taking into account expressions (10) and (15), one can find complexes of derivatives

C ω ¯ y + C α ˙ ¯ = C 2 ω z cos γ l 2 b a C 2 ω y sin γ ,

Figure 00000003
C ω ¯ y + C α ˙ ¯ = C 2 ω z cos γ - l 2 b a C 2 ω y sin γ ,
Figure 00000003

C ω ¯ y + C β ˙ ¯ cos α + C α ˙ ¯ 2 b a l sin α t g β = 2 b a l C 2 ω z sin γ + C 2 ω y cos γ

Figure 00000034
. C ω ¯ y + C β ˙ ¯ cos α + C α ˙ ¯ 2 b a l sin α t g β = 2 b a l C 2 ω z sin γ + C 2 ω y cos γ
Figure 00000034
.

В этом выражении C ω ¯ z + C α ˙ ¯

Figure 00000035
- комплекс продольных вращательной и нестационарной аэродинамических производных; C ω ¯ y + C β ˙ ¯ cos α + C α ˙ ¯ 2 b a l sin α t g β
Figure 00000036
- комплекс боковых вращательной и нестационарных аэродинамических производных, C 2 ω z
Figure 00000037
- составляющая сигнала в фазе с угловой скоростью колебаний модели при колебаниях относительно оси Oz, C 2 ω y
Figure 00000038
- составляющая сигнала в фазе с угловой скоростью колебаний модели при колебаниях относительно оси Oy, l - размах крыла модели, ba - САХ модели.In this expression C ω ¯ z + C α ˙ ¯
Figure 00000035
- a complex of longitudinal rotational and non-stationary aerodynamic derivatives; C ω ¯ y + C β ˙ ¯ cos α + C α ˙ ¯ 2 b a l sin α t g β
Figure 00000036
- a complex of lateral rotational and non-stationary aerodynamic derivatives, C 2 ω z
Figure 00000037
- the signal component in phase with the angular velocity of oscillations of the model during oscillations about the axis Oz, C 2 ω y
Figure 00000038
is the signal component in phase with the angular velocity of oscillations of the model with oscillations about the Oy axis, l is the wing span of the model, b a is the SAX of the model.

Обрабатывая совместно результаты эксперимента при колебаниях по тангажу и рысканию, можно найти все необходимые комплексы стационарных и нестационарных производных при заданных средних значениях углов атаки и скольжения.Processing together the experimental results for pitch and yaw fluctuations, one can find all the necessary complexes of stationary and non-stationary derivatives for given average values of the angle of attack and slip.

При колебаниях по крену для установочного угла γ≠0 отлична от нуля только одна компонента угловой скорости движения модели так же, как и в случае γ=0During roll oscillations for the installation angle γ ≠ 0, only one component of the angular velocity of the model motion is nonzero in the same way as in the case γ = 0

ω x = Ω = Δ θ = 0 ω cos ω t

Figure 00000039
. ω x = Ω = Δ θ = 0 ω cos ω t
Figure 00000039
.

Т.е. для таких колебаний начальный поворот на некоторый постоянный угол крена не приводит к дополнительным взаимосвязям между комплексами аэродинамических производных.Those. for such oscillations, an initial rotation by a certain constant angle of heel does not lead to additional relationships between complexes of aerodynamic derivatives.

Выражения для производных углов атаки и скольжения имеют видThe expressions for the derivatives of the angles of attack and slip are of the form

α ˙ = Ω ( t ) cos α t g β

Figure 00000040
, α ˙ = - Ω ( t ) cos α t g β
Figure 00000040
,

β ˙ = Ω ( t ) sin α

Figure 00000041
. β ˙ = Ω ( t ) sin α
Figure 00000041
.

Следовательно, в случае малых колебаний модели по крену коэффициент пропорциональности C 2 ω x

Figure 00000042
составляющей сигнала тензовесов, опережающий по фазе на π/2 опорный сигнал, может быть выражен следующим образомConsequently, in the case of small roll oscillations of the model, the proportionality coefficient C 2 ω x
Figure 00000042
component of the signal of the tensile weights, which is ahead of the phase by π / 2 of the reference signal, can be expressed as follows

C 2 ω x = C ω ¯ x + C β ˙ ¯ sin α C α ˙ ¯ 2 b a l cos α t g β .

Figure 00000043
C 2 ω x = C ω ¯ x + C β ˙ ¯ sin α - C α ˙ ¯ 2 b a l cos α t g β .
Figure 00000043

Поэтому исследовать зависимость демпфирования крена от угла скольжения можно, не решая дополнительных систем линейных уравнений.Therefore, it is possible to investigate the dependence of roll damping on the slip angle without solving additional systems of linear equations.

Предлагаемый способ реализуется при помощи устройства для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов, собираемого в одном из трех вариантов для колебаний модели относительно одной из связанных осей (фиг.1). Устройство содержит поворотный круг 1 в рабочей части аэродинамической трубы (фиг.2), стойку 3 на поворотном круге, подвижную Г-образную раму 2, державку 6 модели с тензовесами 7, смонтированную в подшипниковом узле рамы 11, привод 5, связанный тягами 4 с рамой или державкой (в зависимости от конфигурации устройства), датчики угла поворота рамы 10 и державки 6. При колебаниях модели по тангажу Г-образная рама 2 устанавливается в вертикальной плоскости (фиг.1), при колебаниях по рысканию подвижная Г-образная рама 2 переводится в горизонтальное положение, при этом используется стойка 3 большей высоты. При колебаниях модели по крену тяга от привода крепится не к Г-образной раме 2, а к рычагу-зажиму 19 механизма 8. Для дистанционно управляемого поворота державки на заданный угол крена в устройстве использован механизм дистанционной установки державки 8, состоящий из корпуса 16, установленного на подшипниковом узле рамы 11 посредством подшипников 18 (фиг.3), электрического мотор-редуктора 13 и выходного вала 12 с упругим диском-шестерней 14, установленных соосно державке 6 и соединенных с ее свободным концом, пневмотормоза диска 17, установленного в корпусе и охватывающего упругий диск-шестерню, дополнительного датчика угла установки державки по крену 15, который вынесен от оси державки и связан с диском-шестерней, рычага-зажима 19, установленного на наружной поверхности корпуса механизма с возможностью фиксации корпуса относительно рамы и соединения тягой с приводом. Дополнительный датчик угла установки державки по крену 15 служит для измерения угла поворота державки 6 относительно корпуса 16.The proposed method is implemented using a device for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft, assembled in one of three options for oscillation of the model relative to one of the associated axes (figure 1). The device comprises a turntable 1 in the working part of the wind tunnel (Fig. 2), a stand 3 on the turntable, a movable L-shaped frame 2, a holder 6 of the model with ten weights 7 mounted in the bearing assembly of the frame 11, the drive 5 connected by rods 4 with frame or holder (depending on the configuration of the device), the angle sensors of the frame 10 and holder 6. When the model fluctuates in pitch, the L-shaped frame 2 is installed in the vertical plane (figure 1), with yaw fluctuations, the movable L-shaped frame 2 translates to horizontal position e, this uses a rack 3 of greater height. When the model oscillates along the roll, the rod from the drive is attached not to the L-shaped frame 2, but to the lever-clamp 19 of the mechanism 8. For the remotely controlled rotation of the holder to a predetermined roll angle, the device uses the mechanism for remote installation of the holder 8, consisting of a housing 16 installed on the bearing assembly of the frame 11 by means of bearings 18 (Fig. 3), an electric motor gearbox 13 and an output shaft 12 with an elastic gear disk 14 mounted coaxially to the holder 6 and connected to its free end, a pneumatic brake of a disk 17 installed in the housing and covering the elastic gear wheel, an additional gauge of the holder angle of inclination along the roll 15, which is extended from the axis of the holder and connected to the gear wheel, the clamp lever 19 mounted on the outer surface of the mechanism body with the possibility of fixing the case relative to the frame and connecting it with driven. An additional sensor angle of installation of the holder on the roll 15 is used to measure the angle of rotation of the holder 6 relative to the housing 16.

Работает устройство следующим образом. Устройство собирают в нужной конфигурации для проведения исследований аэродинамических производных модели при ее колебаниях относительно одной из связанных осей (фиг.1). При проведении испытаний по тангажу и рысканию привод 5 посредством тяги 4 заставляет подвижную Г-образную раму 2 совершать гармонические периодические колебания с заданной малой амплитудой и частотой относительно оси стойки 3. Корпус механизма 8 зафиксирован относительно подшипникового узла рамы 11 рычагом-зажимом 19. При этом модель летательного аппарата 9, закрепленная на державке 6 и тензовесах 7, также совершает колебания относительно оси стойки. При проведении испытаний по крену подвижная Г-образная рама 2 фиксируется относительно стойки 3. Корпус механизма 8 освобождается и соединяется при помощи тяги 4 и рычага-зажима 19 с приводом 5. В этом случае модель 9 с тензовесами 7 и державкой 6 колеблется относительно оси державки. Для поворота модели на угол θi используется поворотный круг 1, для поворота державки на угол γi служит механизм дистанционной установки державки 8. Силы и моменты, действующие на модель, измеряются при помощи тензовесов 7. Поворот рамы устройства измеряется датчиком угла 10, угол поворота державки - датчиком 20. Поворот державки 6 с моделью 9 на необходимый угол крена осуществляется механизмом 8. При этом сначала пневмотормоз 17 отключается и разблокирует диск-шестерню 14 относительно корпуса 16. Включается электрический мотор-редуктор 13 и вращает державку 6 через выходной вал 12. При этом угол установки державки по крену измеряется датчиком 15. При достижении державкой нужного угла установки мотор-редуктор 13 выключается, на пневмотормоз 17 подается сжатый воздух, он блокирует диск-шестерню 14, фиксируя державку 6 от проворачивания относительно корпуса механизма 16. Рычаг-зажим 19 в случае колебаний модели по тангажу и рысканию смещается так, что он при затяжке одновременно обжимает наружные поверхности корпуса механизма 16 и подшипникового узла рамы 11, жестко фиксируя их между собой. При колебаниях модели по крену рычаг-зажим 19 сдвигается полностью на корпус 16 и зажимается на нем. К рычагу присоединяется тяга 4 от привода 5. При этом механизм 8, поворачиваясь на подшипниках 18 относительно рамы 2, передает малые угловые колебания державке 6.The device operates as follows. The device is assembled in the desired configuration for studies of the aerodynamic derivatives of the model when it fluctuates relative to one of the associated axes (figure 1). During the pitch and yaw tests, the drive 5 by means of the thrust 4 causes the movable L-shaped frame 2 to perform harmonic periodic oscillations with a given small amplitude and frequency relative to the axis of the rack 3. The housing of the mechanism 8 is fixed relative to the bearing assembly of the frame 11 by a lever-clamp 19. In doing so the model of the aircraft 9, mounted on a holder 6 and a tensile 7, also oscillates about the axis of the rack. When conducting roll tests, the movable L-shaped frame 2 is fixed relative to the rack 3. The case of the mechanism 8 is released and connected using the rod 4 and the clamping lever 19 to the drive 5. In this case, the model 9 with the tensile weights 7 and the holder 6 oscillates relative to the axis of the holder . To rotate the model through an angle θ i , a turntable 1 is used, to rotate the holder through an angle γ i , the mechanism for remote installation of the holder 8 is used. The forces and moments acting on the model are measured using a ten-weight 7. The rotation of the device frame is measured by an angle sensor 10, the angle of rotation the holder - with the sensor 20. The holder 6 with the model 9 is rotated to the required roll angle by the mechanism 8. In this case, the air brake 17 is first turned off and unlocks the gear wheel 14 relative to the housing 16. The electric gear motor 13 is turned on and rotated holder 6 through the output shaft 12. In this case, the angle of installation of the holder on the roll is measured by the sensor 15. When the holder reaches the desired installation angle, the gear motor 13 is turned off, compressed air is supplied to the air brake 17, it blocks the gear wheel 14, fixing the holder 6 from turning relative to the case of the mechanism 16. The lever-clamp 19 in the case of oscillation of the model in pitch and yaw is shifted so that when tightening it simultaneously compresses the outer surfaces of the body of the mechanism 16 and the bearing assembly of the frame 11, rigidly fixing them together. When the model fluctuates along the roll, the lever-clamp 19 is completely shifted to the housing 16 and is clamped on it. A link 4 from the drive 5 is attached to the lever. In this case, the mechanism 8, turning on the bearings 18 relative to the frame 2, transmits small angular vibrations to the holder 6.

Таким образом, достигается ожидаемый технический результат, а именно становится возможным проводить испытания по определению статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов при углах скольжения, отличных от нуля во всем диапазоне углов атаки.Thus, the expected technical result is achieved, namely, it becomes possible to conduct tests to determine the static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft at gliding angles other than zero in the entire range of angles of attack.

Предлагаемые способ и устройство для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов были использованы при испытании модели треугольного крыла удлинением λ=1.5 со стреловидностью χ≈70° и корневой хордой ba=1,2 м при скорости потока V=25 м/с, что соответствует числу Рейнольдса Re=2.0·106 по корневой хорде. Центр колебаний модели располагался в точке χT - 0.5 ba. Эксперименты проводились в диапазоне углов атаки α=0÷60° для углов скольжения β=0, 5, 10 и 15°. Амплитуда колебаний составляла Δθ=3°, частота f=1.5 Гц, что соответствует безразмерной круговой частоте ω ¯ = 2 π f b a V = 0.18

Figure 00000044
при колебаниях по тангажу. На фиг.5-7 показаны зависимости статических и нестационарных аэродинамических производных модели треугольного крыла от угла атаки Cy(α), mz(α), ( m z ϖ z + m z α ˙ ¯ ) ( α )
Figure 00000045
, ( m x ϖ x + m x β ˙ ¯ sin α ) ( α )
Figure 00000046
, полученные при различных значениях угла скольжения. Можно отметить существенное влияние величины угла скольжения на аэродинамические производные треугольного крыла.The proposed method and device for determining static and unsteady aerodynamic derivative models of aircraft were used to test the model of a triangular wing with elongation λ = 1.5 with sweep χ≈70 ° and root chord b a = 1.2 m at a flow velocity V = 25 m / s, which corresponds to the Reynolds number Re = 2.0 · 10 6 in the root chord. Center model oscillation located at χ T - 0.5 b a. The experiments were carried out in the range of angles of attack α = 0 ÷ 60 ° for slip angles β = 0, 5, 10, and 15 °. The amplitude of the oscillations was Δθ = 3 °, the frequency f = 1.5 Hz, which corresponds to the dimensionless circular frequency ω ¯ = 2 π f b a V = 0.18
Figure 00000044
with pitch fluctuations. Figure 5-7 shows the dependences of the static and non-stationary aerodynamic derivatives of the model of a triangular wing on the angle of attack C y (α), m z (α), ( m z ϖ z + m z α ˙ ¯ ) ( α )
Figure 00000045
, ( m x ϖ x + m x β ˙ ¯ sin α ) ( α )
Figure 00000046
obtained at different values of the angle of slip. We can note a significant effect of the slip angle on the aerodynamic derivatives of the triangular wing.

Таким образом, показано, что данное техническое решение позволяет определять статические и нестационарные аэродинамические производные моделей летательных аппаратов при наличии угла скольжения во всем диапазоне углов атаки. Это увеличивает безопасность эксплуатации самолета, в частности позволяет предотвратить возникновение сваливания самолета и попадание его в штопор.Thus, it is shown that this technical solution allows the determination of static and non-stationary aerodynamic derivatives of aircraft models in the presence of a sliding angle in the entire range of angles of attack. This increases the safety of operation of the aircraft, in particular, helps prevent the occurrence of stalling of the aircraft and falling into a tailspin.

Claims (2)

1. Способ определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летательных аппаратов, заключающийся в том, что испытания проводят как в потоке, так и без потока в аэродинамической трубе, модель посредством тензовесов и державки устанавливают в подвижное поддерживающее устройство, модель колеблют с фиксированной частотой и малой амплитудой поочередно относительно осей Ox, Oy и Oz, измеряют во времени действующие на модель нагрузки и ее угловое положение, производят вычитание инерционных и весовых нагрузок, отличающийся тем, что в процессе испытаний модель вместе с державкой и тензовесами поворачивают на фиксированные углы крена, результаты эксперимента при колебаниях относительно осей Oy и Oz обрабатывают совместно, при этом значения статических и нестационарных аэродинамических производных определяют по формулам
Figure 00000001
,
Figure 00000047
,
Figure 00000048
,
Figure 00000004
,
где C=Cy, Cx, mx, my или mz, Cα - статическая производная аэродинамического коэффициента от угла атаки, Cβ - статическая производная аэродинамического коэффициента от угла скольжения,
Figure 00000005
- комплекс продольных вращательной и нестационарной аэродинамических производных;
Figure 00000006
- комплекс боковых вращательной и нестационарных аэродинамических производных, γ - угол поворота державки по крену,
Figure 00000007
- составляющая сигнала в фазе с углом колебаний модели при колебаниях относительно оси Oz,
Figure 00000008
- составляющая сигнала в фазе с углом колебаний модели при колебаниях относительно оси Oy,
Figure 00000009
- составляющая сигнала в фазе с угловой скоростью колебаний модели при колебаниях относительно оси Oz,
Figure 00000010
- составляющая сигнала в фазе с угловой скоростью колебаний модели при колебаниях относительно оси Oy, l - размах крыла модели, ba - средняя аэродинамическая хорда (САХ) модели.
1. A method for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft, which consists in the fact that the tests are carried out both in a stream and without a stream in a wind tunnel, the model is installed in a movable support device by means of tensors and a holder, the model is oscillated with a fixed frequency and small amplitude alternately relative to the axes Ox, Oy and Oz, measure the loads acting on the model and its angular position in time, subtract the inertial and weight loads, distinguish in that during the test the model, together with the holder and the tensile weights, is rotated at fixed roll angles, the experimental results are processed together with oscillations about the Oy and Oz axes, and the values of static and non-stationary aerodynamic derivatives are determined by the formulas
Figure 00000001
,
Figure 00000047
,
Figure 00000048
,
Figure 00000004
,
where C = C y , C x , m x , m y or m z , C α is the static derivative of the aerodynamic coefficient from the angle of attack, C β is the static derivative of the aerodynamic coefficient from the angle of slip,
Figure 00000005
- a complex of longitudinal rotational and non-stationary aerodynamic derivatives;
Figure 00000006
- a complex of lateral rotational and non-stationary aerodynamic derivatives, γ is the angle of rotation of the holder along the roll,
Figure 00000007
- the component of the signal in phase with the angle of oscillation of the model during oscillations relative to the axis Oz,
Figure 00000008
- the component of the signal in phase with the angle of oscillation of the model during oscillations about the axis Oy,
Figure 00000009
- the signal component in phase with the angular velocity of oscillations of the model during oscillations about the axis Oz,
Figure 00000010
is the signal component in phase with the angular velocity of oscillations of the model with oscillations about the Oy axis, l is the wing span of the model, b a is the average aerodynamic chord (SAX) of the model.
2. Устройство для определения статических и нестационарных аэродинамических производных моделей летельных аппаратов, содержащее поворотный круг в рабочей части аэродинамической трубы, стойку на поворотном круге, подвижную Г-образную раму, державку модели с тензовесами, смонтированную в подшипниковом узле рамы, привод, связанный тягами с рамой и державкой, датчики угла поворота рамы и державки, отличающееся тем, что в него введен механизм дистанционной установки державки, состоящий из корпуса, установленного на подшипниковом узле рамы посредством подшипников, электрического мотор-редуктора и выходного вала с упругим диском-шестерней, установленных соосно державке и соединенных с ее свободным концом, пневмотормоза диска, установленного в корпусе и охватывающего упругий диск-шестерню, дополнительного датчика угла установки державки по крену, который вынесен от оси державки и связан с диском-шестерней, рычага-зажима, установленного на наружной поверхности корпуса механизма с возможностью фиксации корпуса относительно рамы и соединения тягой с приводом. 2. A device for determining static and non-stationary aerodynamic derivative models of aircraft, comprising a turntable in the working part of the wind tunnel, a stand on the turntable, a movable L-shaped frame, a model holder with tensile weights mounted in the bearing assembly of the frame, a drive connected with rods with frame and holder, angle sensors of rotation of the frame and holder, characterized in that a mechanism for remote installation of the holder consisting of a housing mounted on the bearing assembly of the frame by means of bearings, an electric motor-reducer and an output shaft with an elastic gear disk mounted coaxially to the tool holder and connected to its free end, a pneumatic brake of the disk installed in the housing and covering the elastic gear wheel, an additional sensor of the holder installation angle along the roll, which is removed from the axis of the holder and is connected with the gear wheel, a clamp lever mounted on the outer surface of the mechanism housing with the possibility of fixing the housing relative to the frame and connecting the rod to the drive.
RU2013119644/28A 2013-04-29 2013-04-29 Method of determining static and oscillatory aerodynamic derivatives of models of aircrafts and device for its implementation RU2531097C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013119644/28A RU2531097C1 (en) 2013-04-29 2013-04-29 Method of determining static and oscillatory aerodynamic derivatives of models of aircrafts and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013119644/28A RU2531097C1 (en) 2013-04-29 2013-04-29 Method of determining static and oscillatory aerodynamic derivatives of models of aircrafts and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2531097C1 true RU2531097C1 (en) 2014-10-20

Family

ID=53381896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013119644/28A RU2531097C1 (en) 2013-04-29 2013-04-29 Method of determining static and oscillatory aerodynamic derivatives of models of aircrafts and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2531097C1 (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU179254U1 (en) * 2017-11-08 2018-05-07 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Electromechanical stand
CN109029903A (en) * 2018-10-08 2018-12-18 西北工业大学 Continous way transonic wind tunnel Airfoil dynamic experiment mean angle of attack regulating mechanism
CN110940483A (en) * 2019-11-13 2020-03-31 中国航天空气动力技术研究院 Pitching yawing free vibration dynamic derivative test device for large slenderness ratio aircraft
CN110793718B (en) * 2019-12-03 2021-01-26 中国空气动力研究与发展中心 Vertical wind tunnel tail spin test model rotational inertia measurement torsion pendulum table
CN112525472A (en) * 2020-12-07 2021-03-19 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 Wind tunnel dynamic experiment method for influence of rotational inertia of aircraft model on rock characteristic
CN115343012A (en) * 2022-07-07 2022-11-15 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 Unsteady-state large-amplitude oscillation test method
CN115597823A (en) * 2022-09-08 2023-01-13 成都流体动力创新中心(Cn) Open wind tunnel unmanned aerial vehicle wing type aerodynamic force measurement system and method
CN115993229A (en) * 2023-03-24 2023-04-21 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 Wind tunnel test method for measuring unsteady aerodynamic coefficient in taking-off and landing process of airplane
CN116754172A (en) * 2023-08-17 2023-09-15 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 High Mach number free inflow wind tunnel flutter test system and test method
CN116933400A (en) * 2023-09-13 2023-10-24 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 Method for constructing aerodynamic moment model of coupling uncertainty
CN117147093A (en) * 2023-10-30 2023-12-01 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 Wind tunnel test measuring device for acoustic explosion characteristics of low acoustic explosion supersonic civil aircraft

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2358254C1 (en) * 2007-10-25 2009-06-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по промышленности (Роспром) Method of determining rotation and non-stationary derivatives of coefficients of linear aerodynamic forces and moments using forced oscillation method and device to this end
RU2477460C1 (en) * 2011-07-14 2013-03-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Method of defining factors of aerodynamic forces and moments at steady-state rotation of aircraft model and device to this end

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2358254C1 (en) * 2007-10-25 2009-06-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по промышленности (Роспром) Method of determining rotation and non-stationary derivatives of coefficients of linear aerodynamic forces and moments using forced oscillation method and device to this end
RU2477460C1 (en) * 2011-07-14 2013-03-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Method of defining factors of aerodynamic forces and moments at steady-state rotation of aircraft model and device to this end

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Г.С. Бюшгенс, Р.В. Студнев, Аэродинамика самолета. Динамика продольного и бокового движения. М., Машиностроение, 1979, стр.32-34 *
Экспериментальные исследования и математическое моделирование нестационарных аэродинамических характеристик моделей самолетов. Труды ЦАГИ - сборник статей. М., 2010 г., выпуск 2689, стр.5-6. *

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU179254U1 (en) * 2017-11-08 2018-05-07 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Electromechanical stand
CN109029903B (en) * 2018-10-08 2024-02-09 西北工业大学 Average attack angle adjusting mechanism for continuous transonic wind tunnel wing type dynamic experiment
CN109029903A (en) * 2018-10-08 2018-12-18 西北工业大学 Continous way transonic wind tunnel Airfoil dynamic experiment mean angle of attack regulating mechanism
CN110940483A (en) * 2019-11-13 2020-03-31 中国航天空气动力技术研究院 Pitching yawing free vibration dynamic derivative test device for large slenderness ratio aircraft
CN110940483B (en) * 2019-11-13 2021-12-07 中国航天空气动力技术研究院 Pitching yawing free vibration dynamic derivative test device for large slenderness ratio aircraft
CN110793718B (en) * 2019-12-03 2021-01-26 中国空气动力研究与发展中心 Vertical wind tunnel tail spin test model rotational inertia measurement torsion pendulum table
CN112525472A (en) * 2020-12-07 2021-03-19 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 Wind tunnel dynamic experiment method for influence of rotational inertia of aircraft model on rock characteristic
CN112525472B (en) * 2020-12-07 2022-03-22 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 Wind tunnel dynamic experiment method for influence of rotational inertia of aircraft model on rock characteristic
CN115343012A (en) * 2022-07-07 2022-11-15 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 Unsteady-state large-amplitude oscillation test method
CN115343012B (en) * 2022-07-07 2023-04-07 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 Unsteady-state large-amplitude oscillation test method
CN115597823A (en) * 2022-09-08 2023-01-13 成都流体动力创新中心(Cn) Open wind tunnel unmanned aerial vehicle wing type aerodynamic force measurement system and method
CN115993229B (en) * 2023-03-24 2023-05-16 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 Wind tunnel test method for measuring unsteady aerodynamic coefficient in taking-off and landing process of airplane
CN115993229A (en) * 2023-03-24 2023-04-21 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 Wind tunnel test method for measuring unsteady aerodynamic coefficient in taking-off and landing process of airplane
CN116754172A (en) * 2023-08-17 2023-09-15 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 High Mach number free inflow wind tunnel flutter test system and test method
CN116754172B (en) * 2023-08-17 2023-11-03 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 High Mach number free inflow wind tunnel flutter test system and test method
CN116933400A (en) * 2023-09-13 2023-10-24 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 Method for constructing aerodynamic moment model of coupling uncertainty
CN116933400B (en) * 2023-09-13 2023-11-21 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 Method for constructing aerodynamic moment model of coupling uncertainty
CN117147093A (en) * 2023-10-30 2023-12-01 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 Wind tunnel test measuring device for acoustic explosion characteristics of low acoustic explosion supersonic civil aircraft
CN117147093B (en) * 2023-10-30 2024-01-23 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 Wind tunnel test measuring device for acoustic explosion characteristics of low acoustic explosion supersonic civil aircraft

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2531097C1 (en) Method of determining static and oscillatory aerodynamic derivatives of models of aircrafts and device for its implementation
US8393206B1 (en) Dry wind tunnel system
RU2477460C1 (en) Method of defining factors of aerodynamic forces and moments at steady-state rotation of aircraft model and device to this end
CN106441779B (en) The device of aircraft three-freedom moving steadiness parameter is measured in a kind of high-speed wind tunnel
CN103674425A (en) Rotational inertia measuring method and device
Bergmann et al. Experimental and numerical research on the aerodynamics of unsteady moving aircraft
CN102879139A (en) Device and method for testing wire-wound moment of rotary table
Cameron et al. Transient hub loads and blade deformation of a mach-scale coaxial rotor in hover
Olmedo et al. Experimental determination of the inertial properties of small robotic systems using a torsion platform
RU179254U1 (en) Electromechanical stand
Fujii et al. Instrument for measuring the body mass of astronauts under microgravity conditions
Jung et al. Evaluation of rotor structural and aerodynamic loads using measured blade properties
Gatto Application of a pendulum support test rig for aircraft stability derivative estimation
Hamade et al. Modal analysis of UH-60A instrumented rotor blades
Altun et al. Dynamic Stability derivatives of a manuevering combat aircraft model
JPH08166318A (en) Swiveling-aerodynamic-characteristic measuring apparatus
RU2703018C1 (en) Method of determining characteristics of swinging aerodynamic surface of an unmanned aerial vehicle
RU2717748C1 (en) Device for analysis of non-stationary aerodynamic characteristics of model in wind tunnel
RU2781860C1 (en) Stand for measuring aerodynamic forces and moments
Babbar et al. An Approach for Prescribed Experiments for Aerodynamic-Structural Dynamic Interaction
RU2699756C1 (en) Ballistic pendulum with variable weight
CN113348753B (en) Deep space detector separation test device and test method thereof
Evstifeev et al. Requirements for MEMS gyro shock tests
Babcock et al. Experimental estimation of the rotary damping coefficients of a pliant wing
RU2737031C1 (en) Method of assessing effect of air on damping structural vibrations

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150430